[发明专利]一种零矢量喷气式驱动弹跳机器人运动结构及其使用方法

说明书

本发明公开了一种零矢量喷气式驱动弹跳机器人运动结构及其使用方法，运动结构包括储能腔、喷口、振动膜、振动压电片、支撑腿和驱动压电片，所述储能腔为无顶盒体结构，振动膜作为储能腔的顶面与储能腔组成密闭空腔结构，喷口设在储能腔侧壁，振动压电片设在振动膜上，支撑腿为2个以上，均匀分布在储能腔底面，支撑腿为弧形结构，支撑腿外弧面相对设置，每个支撑腿上均设有驱动压电片。本发明零矢量喷气式驱动弹跳机器人运动结构及其使用方法，不需要外界气源，相对于普通的仿生机器人采用的液压式机械结构，所需能量较少，易于控制，且由于结构简单，重量较轻，能效比更高。

技术领域

本发明涉及一种仿生机器人运动结构，尤其涉及一种零矢量喷气式驱动弹跳机器人运动结构及其使用方法。

背景技术

现有仿生机器人的机械结构往往采用的是液压结构为主，最为重要的问题是由于过于“仿生”导致运动频率不高，且往往会有运动蓄力不足的问题。即需要大量的时间进行蓄力，方能完成一次动作。若能够实现仿生机器人极短时间内蓄力，并且能够工作在高频激励信号下，这样所设计的仿生机器人运动结构不仅能大大提高仿生机器人的运动能力，并且能够通过这种模型的优化提高整个结构的效率，而且兼具有重量较轻、便于控制、输入能量较少等特点。

发明内容

发明目的：为克服现有技术不足，本发明旨于提供一种将喷气推进与弹跳相结合的零矢量喷气式驱动弹跳机器人运动结构及其使用方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种零矢量喷气式驱动弹跳机器人运动结构，包括储能腔、喷口、振动膜、振动压电片、支撑腿和驱动压电片，所述储能腔为无顶盒体结构，振动膜作为储能腔的顶面与储能腔组成空腔结构，喷口设在储能腔侧壁，振动压电片设在振动膜上，支撑腿为2 个以上，均匀分布在储能腔底面，支撑腿为弧形结构，支撑腿外弧面相对设置，每个支撑腿上均设有驱动压电片。

工作原理：本发明零矢量喷气式驱动弹跳机器人运动结构，储能腔作为整个运动结构的储能空间，每周期内吸入的气体在储能腔内暂时储存；等到喷出的半周期，储能腔内的气体通过喷口排出，使得整个结构在此时产生一个反向的推力；振动压电片能够为振动膜提供激励信号，激励信号主要是利用的压电材料的逆压电效应，控制振动膜进行压缩或者扩张储能腔体积；支撑腿一方面起到支撑结构的作用，一方面将驱动压电片的形变压力转化为弹性势能，在储能腔喷气阶段，支撑腿释放在压缩阶段储备的能量，实现跳起状态。

所述振动膜为弹性材料振动膜，能够对储能腔实现体积的变化。

优选，所述喷口设在储能腔背向前进方向的侧壁，喷口为单一圆形孔、方形孔、条状孔、一排圆形孔或一排方形孔。

所述喷口角度可以调节，能方便控制运动机构前进方向。

所述振动压电片和驱动压电片供电电压为周期性交流电压信号，能使压电片发生周期性形变，进而使振动膜放大形变信号，进行上、下往复运动。上述周期性交流电压信号的激励频率可为高频交流信号。

所述支撑腿弧度可以调节，能控制支撑腿弹力和控制运动机构弹跳方向。上述零矢量喷气式驱动弹跳机器人运动结构的使用方法，包括以下步骤：

1）、调整喷口角度，振动压电片和驱动压电片通电，振动压电片和驱动压电片在周期性的交流电压信号驱动下，发生周期性形变；

2）、振动压电片所附着的振动膜放大形变信号，振动膜进行上、下往复运动；

3）、振动膜的上下运动使得储能腔的体积发生周期性压缩、扩张变化；

4）、储能腔在扩张的半周期内直接从喷口四周吸入气体，在压缩的半周期内沿着喷口的开口方向喷出气体；

5）、由于喷出的气体指向性较强，使得整个结构在此时产生一个反向的推力；